預應力連續箱梁橋的動力有限元模型修正

摘要：以張家港河大橋為對象，建立主橋的初始有限元模型，基于頻率指標和振型相關系數指標，定義了相比傳統更合理的目標函數，利用實數編碼加速遺傳算法，基于環境激勵模態試驗的前7階模態參數，對其初始有限元模型進行修正，并利用后3階模態參數，對修正后有限元模型的預測能力進行評估。由修正結果和預測能力可知，采用上述指標定義的目標函數和實數編碼加速遺傳算法，對預應力混凝土連續梁橋的有限元模型進行修正，獲得準確反映其實際動力行為的有限元模型。

關鍵詞：橋梁工程；模型修正；實數編碼加速遺傳算法；預應力混凝土連續梁橋；環境激勵模態試驗；動力特性

中圖分類號：TU3113文獻標志碼：A文章編號：1674-4764（2012）06-0032-07

在《不中斷交通的梁式橋梁試驗及狀態評定方法的研究》這一項目的研究過程中，以橋梁承載力的快速評定為目標，項目組提出了基于運行模態分析的模態撓度法［1］。該方法應用于橋梁承載力評定時，首先需對試驗模態振型質量歸一化。為此項目組提出了基于有限元模型的質量歸一化法。因此，為了模態撓度法有效和可靠應用于橋梁承載力評定，需建立橋梁較精確的有限元模型。

預應力混凝土連續梁橋，具有結構剛度大、變形小、整體性能和抗震性能好，特別是主梁變形撓曲線平緩，橋面伸縮縫少，行車舒適等優點，在橋梁工程中得到廣泛采用。針對該類橋型的健康檢測、狀態評估與維修加固等任務，若能建立基本準確反映其實際動力行為的有限元模型，無疑具有重要意義。然而，對于橋梁有限元模型，其建模過程中會引入各種假設和簡化，同時存在諸多不確定因素，都會導致與真實模型間存在誤差，因此，須對它進行修正。

模型修正對象常分為結構的質量陣與剛度陣、物理和幾何等設計參數，后者的物理意義明確，更具工程應用價值。頻率、振型、反共振頻率和振型相關系數等模態數據常用于模型修正。根據問題的需要，許多研究者［2-7］采用了不同的模態數據。目前對于模型修正的方法，主要有基于統計分析技術［8］、靈敏度分析［9］、微粒群算法［10］、神經網絡［11］和遺傳算法［12］等優化算法。遺傳算法，作為一種高度并行、隨機和自適應搜索算法，特別適用于有限元模型修正這類復雜非線性優化問題。

本文以張家港河大橋為對象，構造有限元模型的2個評價指標：頻率和振型相關系數，由此定義目標函數，采用該橋環境激勵模態試驗的結果，基于實數編碼加速遺傳算法對有限元模型進行修正，并對修正后有限元模型的預測能力進行評估，由此探討預應力連續箱梁橋的動力有限元模型修正問題。林賢坤，等：預應力連續箱梁橋的動力有限元模型修正1張家港河大橋簡介